吳 偉 劉景梅 金 軍 胡玉梅

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

0 前言

隨著軌道交通產(chǎn)業(yè)的快速、健康發(fā)展，通過新技術(shù)、新材料、新工藝、新工法和新設(shè)備生產(chǎn)出來的批量新產(chǎn)品的質(zhì)量，需要通過快速、高精檢驗檢測方法來判定其質(zhì)量是否符合軌道交通使用要求。光電光譜分析法具有靈敏度高,分析速度快,適用范圍廣,分析費用低,可同時測定多種元素等特點,在軌道交通產(chǎn)品的成分分析、結(jié)構(gòu)分析、科學(xué)研究中得到廣泛應(yīng)用。中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司引進的日本島津PDA-7000型光電直讀光譜儀在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用,但隨著產(chǎn)品的更新?lián)Q代，尤其是近幾年來產(chǎn)品的種類增多，原有狹隘的不銹鋼鋼種制定分析方法已不能適應(yīng)日常分析的要求。為此，通過收集各類不銹鋼標樣和試樣，對其中C、Si、Mn、P、S、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Al等元素進行了試驗研究，制定了不銹鋼光譜定量分析方法，滿足了日常分析的要求。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

試樣制備質(zhì)量好壞直接影響分析結(jié)果,要求試樣中被測元素成分均勻。冶煉過程取樣，每一勺不銹鋼水注入樣品模具中，應(yīng)保證鑄造樣品均勻，無縮孔和裂紋;成品取樣，應(yīng)從成品中均勻部位取得。從模具中取樣，一般在高度方向的下端1/3處取得。未經(jīng)切割的樣品，其表面必須去掉1.5 mm的厚度。磨樣應(yīng)當有紋路,磨制好的樣品溫度應(yīng)不超過40 ℃,以不燙手為宜。

1.2 儀器分析條件

氬氣壓力：0.35～0.4 MPa；環(huán)境溫度：(23±5)℃；環(huán)境濕度：小于70%；波長范圍: 121～589 nm; 刻劃光柵: 2 400條/mm;電極及間距: 鎢電極,電極間距5 mm;分析參數(shù): 沖洗2 s,預(yù)燃10 s,積分5 s;測定強度: 相對。分析元素、分析線、內(nèi)參比線如表1所示。

表1 分析元素﹑分析線﹑內(nèi)參比線 /nm

1.3 各元素的校準曲線

收集各類不銹鋼試樣，用化學(xué)分析法定值，成分如表2所示。

標準樣品由撫順鋼廠和上海鋼鐵研究所生產(chǎn)。標準樣品中元素含量范圍如表3所示。

表2 化學(xué)分析法定值的成分 /%

表3 不銹鋼標準樣品中的元素含量范圍 /%

在設(shè)定流量的純氬氣中,為避免樣品冶金狀態(tài)變化給分析帶來的影響，將制備好的不銹鋼試樣(見表2)與不銹鋼標準樣品(見表3)一起放到火花架上,利用制定好的分析參數(shù),以鐵元素為內(nèi)標,在PDA-7000型光譜儀上依次連續(xù)激發(fā)收集元素譜線的相對光強度,并對譜線進行干擾校正和基體校正,作出每一個元素的整體校正曲線[1],選取曲線斜率高,相關(guān)系數(shù)大的校正曲線,存入計算機。

表4為各分析元素的校正曲線系數(shù)。其中校正曲線是根據(jù)下列模型運用最小二乘法擬合而成。

(1)

式中：CR為被測元素的含量；IR為元素譜線相對光強值；A,B,C,D為校正曲線系數(shù)。

表4 分析元素校正曲線系數(shù)

(2)

R=標樣的化學(xué)含量-計算含量

1.4 曲線校正

1.4.1工作曲線的校正[2]

經(jīng)過一段時間后，光電光譜法的工作曲線會變動。例如: 儀器工作環(huán)境(溫度、濕度)的變動、更換氬氣的純度不同、氬氣壓力的高低(流量的大小)、透鏡的污染、電子系統(tǒng)的老化、樣品加工面的不同等均能使曲線發(fā)生變化。為了使用曲線進行分析,必須將曲線恢復(fù)到原來的位置，為此對工作曲線進行標準化。

1.4.2控樣校正

由于試樣和標樣的冶金過程和物理狀態(tài)有差異，為避免樣品冶金狀態(tài)變化給分析帶來的影響，用一個與試樣的冶煉過程和物理狀態(tài)相一致的樣品作為控樣，用于控制試樣的分析結(jié)果。

1.4.3曲線的誘導(dǎo)含量校正

光電光譜定量分析要求標樣與試樣中內(nèi)標元素的含量相近,由于本試驗測定不同種類的不銹鋼,基體元素鐵含量波動較大,為避免試樣和標樣之間的基體不一致而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差,在試驗中采用了誘導(dǎo)含量校正法對分析結(jié)果進行校正,以確保分析結(jié)果準確、可靠。

2 結(jié)果討論

2.1 精密度試驗

選取一塊均勻的不銹鋼標樣, 進行精密度試驗, 得出的分析精度結(jié)果如表5所示。從表5可以看出, 連續(xù)測定 11次, 每個元素的精密度較好, 元素分析結(jié)果的相對標準偏差小于 5%。

(3)

2.2 準確度試驗

對8個不同含量的標準樣品測定 11 次取平均值, 進行準確度試驗, 測定結(jié)果如表6所示。從表 6可以看出, 各標樣的測定值與標準值吻合較好, 滿足國家標準允許差要求。

表5 方法精密度 /%

表6 方法準確度 /%

3 結(jié)論

本方法精密度和準確度均較好,同時也對表2的不銹鋼產(chǎn)品試樣進行了分析且與化學(xué)分析值作了比較,結(jié)果吻合較好，該方法能滿足日常分析要求。近半年來，利用該方法對公司軌道交通產(chǎn)品的檢測進行了比對試驗(與ICP6300光譜法、CS800碳硫分析儀檢測結(jié)果)及統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)高度吻合，大大縮短了中控以及終檢周期，值得在同行業(yè)中推廣。